Procédé de fabrication de corps creux destinés à supporter une pression intérieure élevée. Les progrès de la technique des conduites forcées, comme aussi des réservoirs ou tous récipients destinés à supporter des pressions intérieures élevées ont été orientées depuis de longues années vers la recherche de l'économie de métal, de façon à réduire le poids et le prix des ouvrages.
Après avoir remplacé la rivure par la sou dure tant pour la réalisation des conduite, que pour leur assemblage, on s'est orienté vers les procédés permettant d'utiliser des aciers traités ou non à très haute limite élas tique et très grande résistance, et d'utiliser de façon plus complète les possibilités de résis tance du métal, et notamment les procédés <B>dans</B> lesquels on relève, sur la paroi d'un tuyau, la limite élastique du métal par écrouissage préalable.
L'un de ces procédés est connu sous le nom d'autofrettage à froid.
Selon ce procédé, décrit dans le brevet suisse N 146315, on réalise un élément de conduite en prenant un tuyau autour duquel on enfile les frettes convenablement espacées les unes des autres. L'ensemble du tuyau avec ses frettes est placé entre les deux plateaux d'une presse hydraulique d'épreuve. Après exécution aux cieux extrémités des joints d'étanchéité nécessaires, on met le tuyau en pression jusqu'à atteindre et parfois dépasser le double de la pression de marche (pression statique + surpression'). Sous l'effet de cette pression croissante, la paroi du tuyau s'allonge, vient d'abord pla quer contre les frettes, puis tend les frettes elles-mêmes.
Au cours de cette opération la limite élastique de la paroi du tuyau est dé passée, sans toutefois que la limite élastique des frettes soit atteinte.
Il en résulte que, lorsque la pression est ramenée à zéro, le tuyau conserve une défor- mnation permanente et les frettes demeurant tendues élastiquement et faisant corps avec le tuyau déterminent sur la paroi une compres sion analogue à -celle que produiraient des frettes posées à chaud.
On sait. que, chi fait. du dépassement de sa limite élastique, le métal conserve un allonge ment permanent et possède une nouvelle limite élastique égale à la fatigue maximum supportée. De la sorte, on peut tabler, dans la détermination des conduites, sur la. valeur de cette nouvelle limite élastique. Avec l'opéra tion d'auto-frettage à froid, l'on obtient la même résistance et. la. même sécurité avec un poids de métal beaucoup moindre qu'avec les procédés antérieurs.
L'expérience acquise dans cette technique, en confirmant les avantages de ce procédé, montre que l'on peut réaliser ainsi une éco nomie de métal de plus de 50 % par rapport aux tuyaux simplement. soudés et de plus de <B><U>93</U></B> % par rapport aux tuyaux frettés à chaud.
Dans l'exécution de ce procédé connu, on ménage entre les frettes et le tuyau sur lequel elles sont disposées, un jeu suffisant pour qu'elles puissent être placées à froid sans difficulté. Ce jeu est prévu aussi faible que passible, pratiquement jusqu'au maximum de 1% du diamètre. Il en résulte pour la paroi, au moment du frettage à froid, un allonge ment permanent qui peut atteindre 1% au quel correspond le taux de fatigue auquel la tôle du tuyau est soumise pendant le frettage. Pendant celui-ci, l'allongement supplémen taire dû à l'allongement élastique des frettes est selon les cas de 0,2 à 0,5 %. L'allongement total obtenu est donc au maximum de 1,5 %.
Il résulte de cela que l'augmentation corres pondante de la limite élastique qui n'est pas recherchée systématiquement et qui découle du procédé est de 10 % au maximum.
Ces conditions d'emploi sont satisfai santes pour les aciers usuels et conduisent à (les parois de tuyaux dont l'épaisseur peut être inférieure au 1/4 de celle des tuyaux soudés ordinaires construits avec la même nuance d'acier.
Un autre procédé basé sur l'augmentation systématique de la limite élastique du métal par écrouissage à froid consiste dans la tech nique dite des tuyaux surpressés .
Selon ce procédé, décrit dans le brevet français N 831867, le tuyau une fois cons truit est placé dans un moule cylindrique en dfeux pièces ou davantage, de même forme (lue le tuyau, mais (le dimensions intérieures supérieures à celles dudit tuyau. On soumet celui-ci, selon le processus des tuyaux auto- frettés, à une pression hydraulique croissante <B>(PLU</B> provoque sa dilatation jusqu'à ce que sa paroi extérieure vienne en contact avec la moule, en dépassant sa limite élastique cor- respondante.
Ce procédé des tuyaux surpressés permet, comme le précédent des tuyaux autofrettés, une meilleure utilisation du métal sous une forme cependant différente et, en consé quence, une réduction du poids de métal par rapport aux tuyaux ordinaires.
En pratique, le moule dans lequel s'ef fectue le surpressage présente une différence de diamètre de 2 à 5 % avec le tuyau traité, permettant donc un grand allongement et un important relèvement dle la limite élastique. Dans ce cas, à l'inverse du procédé précédent, l'augmentation (le la limite élastique est recherchée systématiquement. Pratiquement on l'accroît de 20 à 40 %.
On a également conjugué les avantages (le ces deux procédés en constituant (les tuyaux surpressés auto-frettés construits d'après la technique habituelle des tuyaux autofrettés , mais dont le tuyau paroi est constitué non plus d'un tuyau soudé ordinaire, mais d'un tuyau préalablement écroui à froid, suivant la technique des tuyaux surpressés . Cela se fait en deux opérations: On construit d'abord un tuyau surpressé et ensuite on procède à l'autofrettage après que l'on ait emmanché les frettes nécessaires sur le tuyau paroi préa lablement surpressé (voir La Houille Blanche 1949, N 3).
Si ces procédés donnent de bons résultats et ont, reçu de ce fait des applications nom- breuses et importantes, il sera observé cepen dant qu'ils n'épuisent pas les possibilités de résistance du métal. Notamment avec les nuances d'acier produites actuellement par le forges, la faculté d'allongement du tuyau s'avère beaucoup plus importante que celle de l'autofrettage à froid et du surpressage en moule.
L'invention a pour objet un procédé per mettant d'obtenir des tuyaux frettés à écrouis- sage préalable de la paroi dans lesquels l'al longement peut atteindre 1'allongentent maxi mum avant. striction, soit pour des nuance (l'acier semi-dur ordinaire au C ou au Cr-C",i j risqu'à environ 10 0/0, correspondant à, une augmentation (le la. limite élastique de 70 0i0 environ.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on ménage initialement entre les frettes et la paroi un jeu de 5 à 10 % du diamètre exté- rieur du corps creux et en ce que l'on pro voque l'expansion du corps creux, avec défor- mat.ion permanente à froid de sa paroi, d'abord sur la paroi seule dudit corps creux,
ensuite simultanément sur la, paroi et sur les frettes alors accolées contre ladite paroi. Les frettes utilisées peuvent être analogues à celles dont on se sert couramment pour l'auto- frettage; mais, au lieu d'être prévues avec le jeu minimum nécessaire à. leur montage, elles sont ménagées avec un jeu sensiblement plus important et déterminé de façon qu'il per mette l'allongenment maxinmunm de la paroi qui a été fixé au préalable.
Dans ce procédé, ce sont les frettes mon tées avec un jeu beaucoup plus important, qui jouent au début de l'expansion (lu corps creux le rôle de moisie (le surpressage. Ce n'est qu'apr@s surpressage, lorsque le contact avec les frettes est assuré, que l'allongement propre de frettes intervient, done après que la paroi du tube a pris son allongement préalable no table, pour limiter et parfaire eelui-ei.
Ainsi, l'autofrettage à froid se trouve ap pliqué à un tuyau préalablement soumis au surpressage, ce tuyau bénéficiant ainsi des avantages de l'un et de l'autre. Ce procédé permet de donner au métal un écrouissage plus important que celui de surpressage ou do l'autofrettage simple, complétant le sur- pressabe par la sécurité due aux frettes. Inversement pour les mêmes conditions d'uti lisation, il permet de mieux utiliser le métal, donc (le réduire son poids et son prix.
Suivant une forme de mise en #uvre de l'invention, l'autofrettage et le surpressage sont effectués en une opération unique, per- mettarnt d'appliquer simultanément ces deux procédés, sans outillage de surpressage. Cette application permet non seulement cd'associer les avantages de l'lurr et de l'autre procédé, mais encore de les multiplier l'un par l'autre en relevant plus qu'ils ne pourraient. le faire individuellement la limite élastique d'utilisa tion résultant ciu plus grand écrouissage préalable.
Le procédé s'effectue de préférence au moyen de frettes rigides. Ces frettes, de dia mètre intérieur supérieur de 5 à 10 % au diamètre extérieur du tuyau, ont une section transversale sensiblement équivalente à la section de la paroi selon un plan diamétral longitudinal. Elles sont régulièrement espa cées sur ce tuyau. L'ensemble du tuyau et des frettes est, par exemple, placé entre les plateaux d'une presse hydraulique d'épreuve.
Après exécution aux deux extrémités de joints d'étanchéité convenables, on met le tuyau progressivement en pression, de préfé rence jusqu'à atteindre et même dépasser le double de la pression de fonctionnement à l'emplacement de la, conduite forcée à la quelle il est destiné, c'est-à-dire à la pression statique augmentée de la surpression maxi rnum qu'il est appelé à supporter.
Sous l'effet. de la pression, la paroi s1al- longe d'abord librement. jusqu'à 5 à 10 /o de son diamètre. Puis cette paroi vient plaquer contre les frettes rigides et détermine dans celles-ci des tensions telles qu'une fois l'opé ration terminée et la. pression ramenée à zéro, les frettes soient encore tendues et assurent. un serrage permanent de la paroi. Cette déformation des frettes est une défor mation élastique de quelques millièmes du diamètre.
Au lieu de frettes rigides on peut aussi utiliser des frettes souples constituées par des élingues en fils, câblés ou des bandes minces qu'on enroule autour d'un tuyau par exemple, en couches successives formant des anneaux souples, en ménageant initialement entre les anneaux et la paroi un jeu de 5 à 1.0 #'/o du diamètre extérieur du tuyau. Le processus de mise sous tension est le même que précédemment.
<I>Exemple:</I> Un se propose de réaliser selon l'inven tion -Lui tuyau à la fois surpressé et auto- fretté à froid de 1 ni 600 de diamètre inté rieur destiné à supporter une pression de marche de<B>1220 kg</B> par Le tuyau-paroi en tôles d'acier de nuance Cr-Cu à 54 kg soudées ayant pour caracté ristiques
EMI0003.0032
Résistance <SEP> à. <SEP> la <SEP> ruptures <SEP> 54kg/inm2
<tb> Limite <SEP> élastique <SEP> @_ <SEP> 34 <SEP> kg/mm=
<tb> Allongement <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 20 <SEP> % de 18 mm d'épaisseur est préparé pour pou- voir recevoir un allongement de 7 % avec un diamètre intérieur initial de 1 m 500.
Sur ce tuyau on dispose écartées entre elles de 80 mm une succession de frettes ayant:
EMI0004.0002
Diamètre <SEP> intérieur <SEP> 1 <SEP> m <SEP> 636
<tb> Largeur <SEP> 80 <SEP> mu
<tb> Epaisseur <SEP> 30 <SEP> mm en acier de nuance Cr-No à 115 kg ayant pour caractéristiques
EMI0004.0003
Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> @_ <SEP> 115 <SEP> kgimrrr<B>2</B>
<tb> Limite <SEP> élastique <SEP> 95 <SEP> kgimrr12
<tb> Allongement <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 61/o L'élément ainsi préparé est disposé, comme indiqué, entre les plateaux d'une presse hy draulique d'épreuve et soumis à une pres sion intérieure de 240 likg/cm2.
Pendant l'application progressive de cette pression, le tuyau se gonfle, vient en contact avec les frettes, puis tend celles-ci élastique- ment. Le gonflement total du tuyau atteint 7 %. En ramenant la pression à zéro, la paroi du tuyau conservant sa déformation, avec un diamètre intérieur final de 1 m 605, est com primée par les frettes qui restent tendues.
Le tuyau, du fait de son écrouissage, est susceptible de supporter, frettes comprises, une pression de 120 kg par Cm2 avec un coef ficient de sécurité théorique de 2,5. Avec le même coefficient de sécurité Lui tuyau simplement autofretté est susceptible de sup porter une pression de 104 kg par cm2. L'éco nomie correspondante de métal est de 15 %.
Dans les mêmes conditions, un tuyau simplement surpressé à 7 % et de même épaisseur que le tuyau considéré, frettes comprises, est susceptible de supporter une pression de 89 kg/cnm2. L'économie correspon dante de métal est de 35 %0.